(57)【要約】【課題】  従来よりさらに小さいノズル穴の製造に使用する成形型のノズル形成部分は相応に細く脆くなるため、耐久性の低下や破損が生じないようにする。また、製造装置を従来の高価な射出成形機やエキシマレーザー装置に比較して安価にする。【解決手段】  導電性の保持台に保持された、熱可塑性樹脂を含有する絶縁性の樹脂組成物からなる基板に対して、先端が鋭利な突起が配置された型部材の成形面を、前記基板を加熱しながら圧接するプレス工程と、前記保持台の基板を保持する保持面と前記型部材の突起の先端との距離が予め定められた距離になったとき、前記保持台と前記突起との間で放電を行って前記基板を穿孔する放電工程とにより樹脂製品を製造する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の保持台に保持された、熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物からなる絶縁性の基板に対して、先端が鋭利な導電性の突起が配置された型部材の成形面を、前記基板及び前記型部材を加熱しながら圧接するプレス工程と、
前記型部材の成型面により前記基板が圧接され、前記保持台の前記基板を保持する保持面と前記型部材の突起の先端との距離が予め定められた距離になったとき、前記保持台と前記突起との間で放電を行って前記基板を穿孔する放電工程とを含むことを特徴とする樹脂製品の製造方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物からなる絶縁性の樹脂製品の成形装置であって、
熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物からなる絶縁性の基板を保持する導電性の保持面を有する保持台と、
前記保持面と対向する側に鋭利な先端を有する導電性の突起が配置された成形面を有する型部材と、
前記保持台に保持された前記基板及び前記型部材を加熱する加熱手段と、
前記保持台に保持された前記基板に対して、前記型部材の成形面を圧接するプレス手段と、
前記突起と前記保持面との間で放電を行う放電手段と、
前記保持面と前記突起の先端との距離が予め定められた距離になったとき、前記放電手段に放電させて前記基板を穿孔する制御手段とを有することを特徴とする樹脂製品の成形装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記保持面と前記突起の先端との距離が前記基板の厚みの１０分の１以下であり、かつ前記保持面と前記突起の先端とが非接触であるときに前記放電手段に放電させることを特徴とする請求項２に記載の樹脂製品の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製品の製造方法及び樹脂製品の成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、あらゆる分野で微細加工に対する要請が高まっている。その中で、微小液滴を生成させることなどを目的として、フィルム状又は薄板状の樹脂に微細な孔を設ける技術が求められている。例えば、インクジェット記録ヘッドは、一般に微細なインク吐出口（オリフィス）、インク流路及びこのインク流路の一部に設けられる吐出エネルギー発生素子を備えている。インク吐出口は、インク流路と連通するテーパ部とでノズルを構成し、これを板上に並べたものをノズルプレートと呼んでいる。
【０００３】
このノズルの形成方法として、ノズルのテーパ形状に見合う形状を持つポンチと、ポンチ先端の細径部より僅かに大きい孔に面取り部を設けたダイとを組み合わせて、ノズルプレートにポンチを貫通させることによって形成するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、金型に樹脂を注入することにより、ノズルやインク室を有するチャンバプレートが作製されるインクジェット記録ヘッドにおいて、金型のノズル穴形成部分に弾性部材よりなる突き当て用金型を当接させたうえで射出成形する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
一方、従来の成型方法にて、薄い膜が残っている未貫通状態または、バリ等の残っている状態のノズル穴形成までを行い、エキシマレーザー加工装置により薄い膜、バリ等を取り去る等の追加工を行う方法も行われている。
【特許文献１】特開平５−２２９１２７号公報（第３頁、第５−６図）
【特許文献２】特開２０００−７１４５９号公報（第３頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、インクジェット記録ヘッドのオリフィスはその径が数１００μｍ以下、通常５０μｍ程度であるが、より高品質な記録のため、さらに微小なオリフィスの要求があり、かつ各オリフィスの径が同一であること、液の吐出方向を一定に保つにはオリフィス出口にバリや切り欠きがあってはいけないこと、といった厳しい要請があるため、前述の如く、従来の機械加工は作業が困難であったり、加工用の機械や技術が高度でコストが高いという難点を伴っていた。
【０００７】
例えば、特許文献１における課題は、ポンチとダイとの位置の精度を厳密に制御しなければポンチ先端の細径部が折れてしまい生産には難しいことである。また、例えば、特許文献２における課題の一つは、弾性部材の金型と、相対する型のノズル孔形成部分とが接する時、両者の金型間にて隙間が生じないように弾性部材のノズル孔形成部分が当たる所に弾性変形するような圧を持たせることが必要であるから、金型の傷みは早く、傷んだ場合はその都度金型を製造することが必要なことから作業が繁雑となる。もう一つの課題は、５０μｍより、例えば１０μｍ等に、さらにオリフィスを小さくする場合でも、弾性部材による突き当ては上記と同様にある圧を持って押し当てる必要があり、今まで以上に細く脆くなっているノズル形成部分が破損することが懸念されることである。さらに、一般に射出成形機は、大型で操作が複雑であり、ノズル孔が１０μｍ程度となると細部への樹脂の流入が困難となり、高射出圧力にて流入させようとするとノズル形成部分の高圧力による破損が懸念される。
【０００８】
また、追加工に用いられるエキシマレーザー加工装置は高価であり、またエネルギー消費量が非常に多いなど生産コストが高くなる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、長期に亘って成形を繰り返し行っても金型の欠損が生じることがなく、及び射出成形機やエキシマレーザー加工装置等の大型設備を伴うこともなく、例えばインクジェット記録ヘッドノズルのような、微細な孔が形成された樹脂製品を提供できる樹脂製品の製造方法及び樹脂製品の成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、導電性の保持台に保持された、熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物からなる絶縁性の基板に対して、先端が鋭利な導電性の突起が配置された型部材の成形面を、前記基板及び前記型部材を加熱しながら圧接するプレス工程と、
前記型部材の成型面により前記基板が圧接され、前記保持台の前記基板を保持する保持面と前記型部材の突起の先端との距離が予め定められた距離になったとき、前記保持台と前記突起との間で放電を行って前記基板を穿孔する放電工程とを含むことを特徴とする樹脂製品の製造方法を構成する。
【００１１】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物からなる絶縁性の樹脂製品の成形装置であって、
熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物からなる絶縁性の基板を保持する導電性の保持面を有する保持台と、
前記保持面と対向する側に鋭利な先端を有する導電性の突起が配置された成形面を有する型部材と、
前記保持台に保持された前記基板及び前記型部材を加熱する加熱手段と、
前記保持台に保持された前記基板に対して、前記型部材の成形面を圧接するプレス手段と、
前記突起と前記保持面との間で放電を行う放電手段と、
前記保持面と前記突起の先端との距離が予め定められた距離になったとき、前記放電手段に放電させて前記基板を穿孔する制御手段とを有することを特徴とする樹脂製品の成形装置を構成する。
【００１２】
また、本発明においては、請求項３に記載のように、前記制御手段は、前記保持面と前記突起の先端との距離が前記基板の厚みの１０分の１以下であり、かつ前記保持面と前記突起の先端とが非接触であるときに前記放電手段に放電させることを特徴とする請求項２に記載の樹脂製品の成形装置を構成する。
【発明の効果】
【００１３】
請求事項１又は２に記載の発明によれば、基板を保持する保持面と型部材の突起の先端との距離が予め定められた距離になったとき、保持台と突起との間で放電を行って基板を穿孔するので、保持面と型部材の微細な突起の先端が触れることがないため、長期に亘って成形を繰り返し行っても、型部材の微細な突起に欠損が発生することがない。
【００１４】
また、型部材を基板の保持面に押し当てる必要がないため、成形装置として、高圧力を必要としないインプリント（型押）成型機を使用することができる。インプリント成形機の用途は、一般に金型を使っての転写技術という意味から型転写になっており、本発明のが対象とする微細穿孔加工への使用は従来例が無い。インプリント成形機は、射出成形機やエキシマレーザー加工装置と比較して小型で操作性が良く安価であることから、製造コストの低減が望める。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、放電による穿孔にて使用する放電装置及びそれに附帯する成形装置の絶縁処置を大がかりにする必要がないため、成形装置が大がかりになることなく、また高価になることなく、返り、バリのない穿孔が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を、図１に示すようなインクジェット記録ヘッドにおけるノズルプレート１０４の製造を例にして具体的に説明する。インク吐出口であるオリフィス部１０６は、１つのインクジェット記録ヘッドに複数ある。そのうちの１つのオリフィス部周辺の断面の例を図２に示す。図２において、インク流路１０２を形成しているヘッドベース１０１の端面に、各インク流路１０２の位置に対応してテーパ部１０５とオリフィス部１０６とからなるノズル１０３が設けられたノズルプレート１０４が接着されている。図２に示してない圧電素子などのインク吐出エネルギー発生素子により、インク流路１０２内部の容積を急激に変化させて、ノズルプレート１０４に設けてあるノズル１０３を通じてインクジェット記録ヘッドに対向する紙面上等にインク滴を噴射する。
【００１７】
ノズルプレート１０４を製造するための成形装置の概略図を図３に示す。基板５は、ノズルプレートとなる成形前の部材である。基板５は、絶縁性でノズルのテーパ部成形時に軟化させておくことが必要であることから加熱により軟化させることができる熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物としている。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などである。また、基板５はフィルム状に予め加工されたものを使用する。この例では、基板の厚みとして概ね０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲を想定している。基板５は、導電性の保持台６の保持面に、真空吸着にて装着する。保持台６は、ノズルプレート成形時に図２に示すオリフィス部１０６側の型となり、保持面は平面が好ましい。
【００１８】
上型となる型部材１の成形面は、平面に図２のテーパ部１０５を形成するための導電性の突起を設ける。型部材１の突起以外の平面部分は、図２のヘッドベース１０１の端面に接着するノズルプレート１０４のテーパ部１０５側の面を形成する型となることから鏡面状が好ましい。また型部材１の突起は、ノズルプレート１０４のテーパ部の形状を成形することから、錐形状が好ましいが、離型しやすい形状であれば、錐形状に限らない。さらに、型部材１の突起の先端は、後で述べる穿孔のための放電の位置が一点となるように電界集中する形状が好ましく、例えば鋭利に尖った形状がよい。また、突起は、放電電極となることから、その母材は導電性とする。
【００１９】
突起の一例として、φ０．３ｍｍ、長さ５ｍｍの棒状のブランク材（ハイス鋼、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０３）を軸加工専用の微細ワイヤー放電加工機を用いて長さ約１００μｍ、先端の角度が約２０度の円錐形状を作成した。型部材１の金型平面となる面に垂直なφ０．３ｍｍ、深さ５．５ｍｍの穴を設け、これを突起部材取り付け穴とする。突起部材の円錐加工部が金型平面より出る状態まで差し込み、型の側面に突起部材差し込み穴まで貫通させたネジ穴に突起部材固定用ネジをねじ込み、このネジの先端で型に差し込まれた突起部材を締め付けることにより垂直に固定して型部材１とする。尚、型部材１及び保持台６は、この例では、炭素工具鋼ＳＫ１３を使用しているが、これに限らない。
【００２０】
第１プレート７は、プレス架台１４に固定され、第２プレート２は上下に動くプレス機構３に固定されている。プレス機構３は、手動とともに外部信号により降下、停止、上昇を行うことができる。第１熱源１０により第１プレート７を加熱し、保持台６を介して基板５を高温にする。また、第１熱源１０による加熱と同時に、第２熱源８により第２プレート２を加熱し、型部材１を高温にする。基板５及び型部材１を効率良く加熱できるように成形装置の適当な箇所にセラミック等の断熱材を設けるのが好ましい。
【００２１】
また、保持台６および型部材１のそれぞれに温度センサーである熱電対を設け、先の第１熱源１０、第２熱源８と別途設ける温度調整器とを組み合わせることにより型部材１と基板５とを独立して温度設定できる温度調整機能を本装置に持たせている。この温度調整機能は、必須のものではないが、型部材１及び基板５の温度設定を精度よく行うことにより、成形条件設定を容易にして、より安定に成形を行うことができることから、ある方が好ましい。
【００２２】
基板５の温度は、成形時に基板５の形状を維持しかつ突起が容易に入り込む状態が好ましいことから、基板５の樹脂組成物のガラス転移温度よりやや低く設定するのがよい。例えば、ガラス転移温度より５℃〜２０℃程度低い温度に設定するのが好ましい。また型部材１の温度は、型部材１が降下して基板５に触れたとき、特に熱容量の少ない突起の先端部が冷却されてガラス転移温度以下にならない温度、かつ型部材１に基板５が融着しない温度の範囲に設定するのがよい。融着しない温度は、基板５が樹脂組成物の特性として明確な溶融温度を持つ場合は、溶融温度より５０℃〜１００℃程度低くすることが好ましい。また、基板５が明確な溶融温度を持たない場合、型部材１の温度は、実験により決定してもよい。
【００２３】
次に基板５及び型部材１が上述のような所望の温度になっている状態で、プレス機構３により、成形を開始する。プレス機構３には、保持台６の保持面から型部材１の突起の先端までの高さを測定する高さ検知センサー４を設けてあり、この値を高さＬｏとする。ここで放電制御部１３には、この高さＬｏが入力され、予め入力された放電開始となる高さＬｐと比較され、一致した時点で、プレス機構３に対し型部材１を停止させる停止信号を出力し、その後放電装置１２に対し放電開始信号を出力する。高さＬｐは、基板５に放電により穿孔する時の保持面６から型部材１の突起の先端までの距離であり、基板５の厚みの１／１０以下、かつ保持面と突起の先端とが非接触状態である０以上（０を含まない）の範囲内で予め決めた値である。
【００２４】
放電制御部１３から停止信号を受けたプレス機構３は、型部材１の降下を停止し、放電開始信号を受けた放電装置１２は、予め設定した電圧でもって、型部材１の突起の先端と、保持台６との間で基板５を介在して放電を行う。この放電装置１２の放電電極端子である陽極端子は、本来は突起に接続することになるが、取り付けが容易で電気的に接続状態にある導電性の型部材１に、また接地端子は保持台６に接続している。型部材１及び保持台６は、放電装置１２の陽極端子、接地端子それぞれの電極以外とは電気的に接続されていないようにテフロン（登録商標）等を用いて絶縁を施している。設定する放電電圧は、基板５の絶縁破壊強度と高さＬｐとの積よりその理論値を容易に求めることができる。実際の設定にあたっては、放電による穿孔加工エネルギーに余裕を持たせるため求めた値より２０％程度高い値を設定することが好ましい。
【００２５】
ところで、実際に設定する放電電圧は、使用する放電装置１２の能力により自ずと上限があり、また電圧を高くすればするほど、放電装置自体が大きく、高価になることはもちろんのこと、放電装置に附帯する、例えば成形装置における絶縁耐圧の強化等が必要となり、放電装置を含めた成型装置全体が大がかりで、高価になってしまう。従って、放電電圧をむやみに高電圧とならないように、放電時の高さＬｐを決定するのが好ましい。
【００２６】
上述の条件下での放電による基板５の穿孔は、以下のようにして施されるものと推測される。まず、プレス機構３により、型部材１の突起が基板５に押し込まれ、押し込まれた基板５の部分は突起から周囲に向かって押し出されるようにして基板５に型部材１の突起を含めた成形面が転写される。さらにこの放電エネルギーを加えることにより、型部材１の突起の先端と保持面との間に存在する基板５の部分が放電中心あたりから昇華や燃焼により穿孔が始まり、その範囲が外側に向かって広がることにより穿孔が完了する。穿孔するにあたり燃焼も含まれると推測されることから周辺の雰囲気は大気、又は大気と同等の酸素濃度２０％、若しくはそれ以上が好ましい。
【００２７】
基板５において、その材料、放電電圧、高さＬｐであるところの放電距離を変えることにより穿孔穴径が変化する。基板５において、その材料、厚みが同一であれば、放電電圧を高くする、または放電開始距離Ｌｐを短くすると穿孔できる穴径は大きくなる。基板５の材料とその厚さとに応じて、放電電圧および放電距離を調整することにより、所望の穴径を穿孔することができる。
【００２８】
放電終了後、基板５の温度をガラス転移温度より低く、取り出すときに変形しない温度にし、また型部材１の温度も基板５のガラス転移温度より低くした状態で、プレス機構３により型部材１を上昇させて離型する。このときの温度を離型温度と呼ぶことにする。離型温度は、ガラス転移温度より低ければ良いが、取り扱いを考慮して、概ね３０℃〜４０℃が好ましい。離型完了後、真空吸着を停止させて、成形した基板５を取り出す。離型時、第１熱源１０、第２熱源８を停止して装置周辺温度による自然冷却しても良いが、第１プレート７と第２プレート２とにそれぞれに第１冷却源１１，第２冷却源９を設けて型部材１と保持台６とを強制冷却するのが好ましい。こうすることにより、より速く型部材１及び基板５を離型温度に到達させることができ、より速く成形が終了した基板５を取り出すことができる。この例では、第１プレート７、第２プレート２を水冷により強制冷却をしている。
【００２９】
以上により所望の穿孔が施された樹脂製品が製造される。以下に具体例を示す。
【００３０】
（例１）
基板５にガラス転移温度が７９℃、厚みが０．１ｍｍであるＰＥＴを使用した場合、基板５の温度を７０℃とし、型部材１の温度を実験により１００℃とした。放電高さＬｐは基板の厚みの１／１０であるところの１０μｍと設定し、ＰＥＴの絶縁破壊強度が４０〜６０ｋＶ／ｍｍであることから絶縁破壊電圧は４００〜６００Ｖと計算され、この上限値６００Ｖを絶縁破壊電圧とみなして、設定放電電圧として確実に放電による穿孔ができるように８００Ｖとした。離型温度は、ガラス転移温度が７９℃より低く取り扱いを考慮して４０℃とした。
【００３１】
このＰＥＴに対して、型部材１によるプレス及び放電を行い、オリフィス部とテーパ部とを有するノズルを形成した。そして、この動作を繰り返して１００回の成形を行ったが、いずれの回でも約１０μｍの穿孔が良好にでき、また成形型である型部材１及び保持台６において何ら損傷が無かった。
【００３２】
（例２）
基板５にガラス転移温度が１２０℃、厚みが０．５ｍであるＰＭＭＡを使用した場合、基板５の温度を１００℃とし、型部材１の温度を実験により１５０℃とした。放電高さＬｐは基板の厚みの１／１０以下であるところの２０μｍと設定し、ＰＥＴの絶縁破壊強度が２０ｋＶ／ｍｍであることから絶縁破壊電圧は４００Ｖと計算される。設定放電電圧として確実に放電による穿孔ができるように５００Ｖとした。離型温度は、ガラス転移温度が１２０℃より低く取り扱いを考慮して４０℃とした。
【００３３】
このＰＭＭＡに対して、型部材１によるプレス及び放電を行い、オリフィス部とテーパ部とを有するノズルを形成した。そして、この動作を繰り返して１００回の成形を行ったが、いずれの回でも約２０μｍの穿孔が良好にでき、また成形型である型部材１及び保持台６において何ら損傷が無かった。
【００３４】
以上で挙げた温度は、型部材１、基板５そのものの温度である。実際の装置において、温度センサーである熱電対は、取り付けの都合上、本来測定したい部位に取り付けることが困難である場合が多く、この例でも同様である。従って、熱電対による温度測定と平行して、本来の位置での温度を別の手段、例えば放射温度計等で測定し、熱電対による測定温度と本来所望の温度との関係を求め、本来所望する温度となるように温度調整器への設定温度値を補正した。
【００３５】
以上の例は、基板５に対して、穿孔が１つである。穿孔を複数する場合、突起を必要数だけ並べればよい。この場合、放電を必要とすることから、各突起間に絶縁材を配して型部材１とし、各突起から取り出した電気的接続端子と、放電装置１２の陽極端子との接続を順次切り替えて放電させればよい。また、突起を１つとする場合、保持台６を移動テーブルとして必要な穴間ピッチでもって移動させて、逐次、成形および放電を必要穴数だけ繰り返せばよい。
【００３６】
尚、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲での変形は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】インクジェット記録ヘッドの外観の一例を示す斜視図である。
【図２】インクジェット記録ヘッドのオリフィス部周辺の断面の一例を示す図である。
【図３】本発明の樹脂製品の製造装置の一例を説明する概念図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０１  ヘッドベース
１０２  インク流路
１０３  ノズル
１０４  ノズルプレート
１０５  テーパ部
１０６  オリフィス部
１０７  接着層
１  型部材
２  第２プレート
３  プレス機構
４  高さ検知センサー
５  基板
６  保持台
７  第１プレート
８  第２熱源
９  第２冷却源
１０  第１熱源
１１  第１冷却源
１２  放電装置
１３  放電制御部
１４  プレス架台
【図１】
2006181902.tif 000003
【図２】
2006181902.tif 000004
【図３】
2006181902.tif 000005